[发明专利]一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层

说明书

本发明涉及一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层。该过渡层位于金属基底与涂层之间，一方面通过与金属基底间的冶金结合，能有效提升涂层与基底间的结合力，防止涂层脱落，另一方面，过渡层通过表面钝化作用，在燃料电池工况下能形成耐蚀钝化层，有效抑制贯穿性针孔的产生，防止腐蚀介质向金属基底渗透，提升金属板的抗腐蚀能力。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是以固体聚合物为电解质，工作温度在100度以下，属于低温燃料电池。PEMFC不仅具有一般燃料电池所具有的高效率、无污染、无噪声、可连续工作的特点，而且还具有功率密度高、工作温度低、启动快、使用寿命长等优点。在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有着广阔的应前景。

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，主要起收集传导电流、分隔氧化剂和燃料、传输反应物以及支撑膜电极等作用，占整个电池质量和成本的很大比重。目前PEMFC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料。与其他双极板相比，金属双极板因具有机械强度高、导电导热性好、易加工、成本低等优势而受到广泛关注，但在燃料电池工况下面临腐蚀与钝化的问题，影响电池的功率输出与耐久性。因此，国内外研究者围绕金属双极板表面导电、耐蚀涂层改性开展的大量研究。目前研究的表面改性涂层主要包括两类：一是碳基涂层，如石墨涂层、导电聚合物涂层、类金刚石涂层；二是金属基涂层，如贵金属、金属碳化物或氮化物涂层以及金属氧化物涂层。然而，由于涂层杂质的存在、金属基底的缺陷以及制备工艺的限制，单一的涂层结构中容易产生缺陷，即贯穿性针孔，难以完全阻止腐蚀介质向基底的渗透，对基底的防护比较有限。

中国专利CN 110137525 A公开了一种用于燃料电池金属双极板的导电耐腐蚀涂层及制备技术，其包括金属基底和导电耐腐蚀涂层。金属基底为纯钛，涂层是由包含Ti、C、N三种元素的复合过渡层和类石墨(GLC)表层组成的复合材料，导电耐腐蚀涂层的沉积工艺为高功率脉冲磁控溅射。然而磁控溅射沉积得到的包含Ti、C、N三种元素的复合过渡层钝化能力有限，难以对涂层针孔起到较好的抑制作用。中国专利CN 106374116 A公开了一种燃料电池金属双极板上的高熵合金复合涂层及其制备方法金属双极板基底表面上的该复合涂层是由高熵合金层、多元合金-碳过渡层和最外面的非晶碳层所组成。然而该高熵合金层由5～7种合金元素组成，设备要求较高，制备工艺优化复杂，制备成本较高。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层，提升涂层与金属基底的结合力，通过钝化过程抑制针孔的产生，增强耐蚀性能的过渡层。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于燃料电池金属双极板涂层的过渡层，所述过渡层位于金属基底与涂层之间，所述过渡层的材料为钛、锆、钨、铌、铬、钽、钒、钼、铪对应氧化物中的一种或多种。

上述技术方案中，进一步地，所述过渡层厚度为10nm～300nm。

上述技术方案中，进一步地，所述氧化物掺杂金属或非金属元素，所述金属元素包含钛、锆、钨、铌、铬、钽、钒、钼、铪中的一种或多种，所述的非金属元素包含硼、碳、氮、硅、氟中的一种或多种。

上述技术方案中，进一步地，所述过渡层的制备方法为气相沉积、电沉积、喷涂或旋涂

本发明的有益效果：过渡层与金属基底间为冶金结合，能有效提升涂层与基底间的结合力，防止涂层脱落，此外，过渡层具有一定的钝化能力，在燃料电池工况下能形成耐蚀钝化层，有效抑制贯穿性针孔的产生，防止腐蚀介质向金属基底渗透，提升金属板的抗腐蚀能力。

附图说明

图1为本发明所述过渡层的结构示意图，图中，1、金属板基底，2、过渡层，3、涂层，4、涂层缺陷；